中園法醫(yī)嚳志 CHIN J FORENSIC MED2013年第28卷第5期乙醇脫氫酶在酒精代謝中的作用張幼芳(浙江警察學院刑事科學技術(shù)系,浙江杭州310053)【摘要】酒與人類社會生活密切相關(guān),與酒相關(guān)的醫(yī)學問題和法律問題已受到人們廣泛關(guān)注。乙醇脫氫酶(ADH)為乙醇氧化分解的主要酶,本文就ADH的性質(zhì)ADH遺傳多態(tài)性與乙醇代謝的關(guān)系、ADH不同家系在乙醇代謝中的作用以及ADH與乙醇代謝相關(guān)性疾病的關(guān)系進行綜述,旨在為法庭科學和醫(yī)學中的應(yīng)用和研究提供參考。【關(guān)鍵詞】法醫(yī)毒理學;乙醇脫氫酶酒精代謝【中圖分類號】DF795.1【文獻標識碼】A【文章編號】1001-5728(2013)05-0391-03The effect of alcohol dehydrogenase ADh on alcohol metabolism( Zhang Youfang /Department of forensicscience, Zhejiang Police College, Hangzhou, 310053, China)I Abstract] Alcohol is closely related to human social activities, and alcohol-related medical problemsnd legal issues have received widespread attention. Alcohol dehydrogenase( ADH) is the main enzyme ofethanol's oxidative decomposition. This paper summarizes the nature of ADH, the relationship between ADHgenetic polymorphism and alcohol metabolism, and the effects of different ADH families on ethanol metabolismas well as the relationship between ADH and diseases related to alcohol metabolism, aimed to providereference for the application and research in forensic science and medical science.I Key words] forensic toxicology alcohol dehydrogenase; alcohol metabolism酒與人類社會生活密切相關(guān),與酒相關(guān)的醫(yī)學問醇存在時,ADH對其他物質(zhì)的代謝受到抑制。題和法律問題已受到人們廣泛關(guān)注,如過量飲酒可引目前,已發(fā)現(xiàn)ADH有7種不同的編碼基因,它們起消化系統(tǒng)疾病、癌癥、精神障礙以及飲酒后發(fā)生違分布于染色體4q21-25,其名稱以往按基因的發(fā)現(xiàn)順法犯罪行為等。人飲酒后,攝入體內(nèi)的乙醇少量通過序進行命名新的方式是根據(jù)氨基酸序列、催化動力學呼吸、尿液、汗液以原形排出體外,極少量通過非氧化性能以及在特定組織中的表達來命名。人類ADH途徑代謝為脂質(zhì);大部分乙醇被氧化分解為乙醛,蛋白質(zhì)共有5個家系(la-v)見表1。其中AD5再經(jīng)過乙醛脫氫酶(ALDH)轉(zhuǎn)化為乙酸并與輔酶A基因雖然在大腸桿菌中得到表達獲得有活性的酶,反應(yīng)生成乙酰輔酶A,最后經(jīng)三羧酸循環(huán)被氧化成二但在人類組織中其蛋白質(zhì)表達產(chǎn)物還沒有明確。氧化碳和水。參與乙醇氧化分解的酶主要有乙醇脫表1人類ADH基因和酶的命名氫酶(ADH)、微粒體乙醇酶氧化系統(tǒng)(MEOS)和過氧ADH家系新的舊的化氫酶其中乙醇氧化分解主要通過ADH途徑。本(蛋白質(zhì)名稱)基因命名基因命名亞單位分布組織文就ADH在乙醇代謝中的作用作一綜述。ADHIA ADHI肝1ADH及其遺傳學特性ADHB*ADH*1β1ADH于1937年從釀酒酵母中發(fā)現(xiàn)并得已分離ADHB*2ADH*2B2肝、肺、腎ClassI( ADH1)純化,隨后在人、馬、小鼠等動物中發(fā)現(xiàn)。人類ADHADHIB*3 ADH2 *3 B3位于細胞質(zhì),是由兩個分子質(zhì)量為40KD(千道爾頓)ADHIC*I ADH5 *I yI的亞單位組成的二聚體蛋白質(zhì),能夠催化外源和內(nèi)源肝、胃ADHIC*2 ADH3*2的乙醇為乙醛。除乙醇以外,ADH還參與視黃醇、脂Classl( ADh2)ADH2ADHd肝族醇、羥類固醇、脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物等的代謝。當乙Class II( ADB ADH3 ADH5所有組織【基金項目】浙江警察學院重點課題(201206021)Class IV(ADH) ADH4 ADH7胃【作者簡介】張幼芳,女教授主要從事法醫(yī)學教學和法醫(yī)遺sY405M00末明傳學研究工作。E-mail;zhang69@126.com391·中圍法匱學壽志 CHIN J FORENS/CMED2013年第28卷第5期在ADH中現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)ADH1存在基因多態(tài)性,還ADH3。ADH3對乙醇有很高的Km(1000moL),因未見其他ADH家系的多態(tài)性報道。ADHl( Class)此,當時很多研究人員認為ADH3在乙醇代謝中的作含ax,B,Y三個亞組,分別由ADHA,ADHB,ADHC用可以忽略。然而,當小鼠肝臟ADH3與其它ADH三個基因編碼,其中ADHB和ADHC存在變異,這同工酶分離后,發(fā)現(xiàn)ADH3占全肝ADH活性些變異與酶的活性有關(guān)。ADHB有三個等位基因的13%7。ADHB*l、ADHB*2和ADHB*3,ADHB*1在ADH3分布于全身器官,是唯一分布于腦組織中白種人和美洲土著人中常見,ADHB*2在中國、日的ADH。 Haseba等6用野生小鼠和Aah3-/-小鼠本等東亞人群中常見,頻率高于85%,而在白種人進行實驗給予小鼠1.0-4.5g/kg劑量的乙醇,觀察和黑人中的頻率分別低于10%和15%,ADHB*3僅小鼠的乙醇代謝率結(jié)果顯示,隨著乙醇劑量的增加,見于黑人和美洲土著人。研究發(fā)現(xiàn)攜帶ADHB*2Adh3-/-小鼠相對于野生型小鼠乙醇代謝率明顯降的個體比僅有ADHB*1的個體有較高的血乙醇清低,在劑量為4.5gkg時,Ah3-/-小鼠乙醇代謝率除率“。ADHC有兩個等位基因ADHC*1和是野生小鼠的66%,這表明ADH3參與乙醇代謝的作ADHC*2,在白人中兩個等位基因的頻率大致相同,用是劑量依賴的,隨著劑量增加而增加,在大劑量乙在亞洲人中ADHC*2等位基因的頻率很低,中國人醇時,其作用超過30%群中為0091。ADHC的多態(tài)性對乙醇代謝的影響研究表明,在小劑量和中度劑量攝入酒精時,肝遠小于 ADHIB臟中ADH3含量變化與ADH1一致,但當大劑量攝入2ADH在乙醇代謝中的作用酒精時,ADH3在酒精攝入之初與ADH1一樣迅速減少,然而在乙醇代謝的晚期,ADH3的含量恢復并增2.1ADH1在乙醇代謝中的作用加,因此,可以認為在攝入中毒劑量的酒精時,ADH3ADH1是乙醇分解代謝的主要酶,主要分布于肝促進酒精代謝臟,屬低Km(mmol)。 Deltour等5用Ahl基因敲除慢性動物飲酒實驗表明,慢性小劑量飲酒對肝臟鼠(Adhl-/-)進行實驗,將它們與野生型小鼠的ADH3含量改變不明顯,但在急性給予大劑量酒精血中乙醇清除率進行比較,結(jié)果顯示Adhl-/-小鼠時,ADH3含量顯著增加。的乙醇清除能力嚴重下降。2.3其他ADH同工酶在乙醇代謝中的作用Haseba等用Adhl-/-小鼠與野生型小鼠進ADH2( Class)僅分布于肝臟,動物實驗表明行實驗,用不同劑量乙醇注射小鼠,觀察小鼠的乙醇ADH2在嚙齒動物的乙醇代謝中似乎并不重要,僅占代謝率,發(fā)現(xiàn)ADH在乙醇代謝中所起的作用占60%小鼠肝臟總ADH活性的一小部分。而人體內(nèi)的-80%,同時發(fā)現(xiàn),隨著乙醇劑量的增加,ADH在乙ADH2對乙醇有較高活性,提示對乙醇代謝發(fā)揮一定醇代謝中所起作用的比例逐漸減少。作用。。但是對于習慣性飲酒,其對乙醇代謝的作用用小鼠進行不同劑量實驗在小劑量攝入酒精的可能會降低因為動物實驗證實,當狒狒中度飲酒后,情況下,肝臟中的ADH被快速誘生參與乙醇代謝;ADH2的活性出現(xiàn)降低,而當狒狒重度飲酒后,ADH2當飲酒劑量上升至中度劑量時,肝臟中ADH1的含量的活性幾乎消失。由乙醇代謝初期的水平逐漸下降,這種趨勢一直延續(xù)ADH4( ClassI)僅分布于胃粘膜,嚙齒類動物和人到乙醇代謝結(jié)束;當大劑量攝人酒精時,肝臟中類ADH的Km值相差較大,分別約為2.4(mmol/L)ADH1含量在攝入酒精之后即明顯減少,并持續(xù)減少和37(mmo/L),然而ADH4在人胃粘膜中的含量僅直至代謝結(jié)束,說明,在攝入中毒劑量酒精時,ADH為10μg/g,不到肝臟ADHl和ADH3含量的1/40,而因其含量減少而所起的作用下降。且胃在乙醇FPM中的作用遠遠小于肝臟9,因此可小鼠慢性飲酒實驗表明,慢性飲酒使小鼠血液中以認為ADH4在乙醇代謝中的作用極其微小。的乙醇代謝率增高,ADHⅠ含量增加,ADHI與乙醇代謝加速有關(guān)但當長期饅性飲酒引起肝病后,隨著肝3ADH與酒精代謝相關(guān)性疾病病的加重,ADH1的作用反而減小流行病學調(diào)查數(shù)據(jù)顯示慢性長期過度飲酒是消2.2ADH3在乙醇代謝中的作用化器官(口腔、食管、胃、肝、結(jié)腸、胰腺等)癌變的重1981年, Pares和 Vallee報道在人的肝臟中發(fā)現(xiàn)了要風險因素),其機理目前尚未闡明。一般認為,引種新的ADH,具有獨特的動力學特征。因為這是在起癌變的主要因素是酒精代謝中間產(chǎn)物乙醛而非酒哺乳動物中發(fā)現(xiàn)的第三種ADH同工酶,因此命名為精本身,乙醛具有直接的致突變和致癌的作用。不同中蘸匪學秦志 CHIN J FORENS/CMED_2013年第28卷第5期癌癥患者血清中某種特定ADH同工酶的活性增加,alcohol dehydrogenase Adhl, Adh3 and Adh4 null mutant可以推測ADH酶為癌變細胞釋放,提示檢測血清中mice[ J]. J Biol Chem,1999,274:16796-16801的ADH可用于診斷癌癥,同時,因為ADH同工酶的61 Haseba T, Duester G, Shimizu a,etal. In tivo contribution分布有器官特異性,提示血清中某種特定ADH的存of Class Ill alcohol dehydrogenase( ADH3 )to alcohol在可以指示癌變的部位1metabolismthrough activation by cytoplasmic solutionADHB基因多態(tài)性與患癌風險有關(guān),一些研究hydrophobicity J]. Biochim Biophys Acta, 2006, 1762:276-283表明,攜帶ADHB*1/*1的飲酒者相對于攜帶(7] Haseba T,rui'Y, Kurosu M,eta. Dose and timeADHB*2/*2者患呼吸道、消化道癌癥的風險明顯liver alcohol dehydrogenase( ADH )activity提高,等位基因ADHB*2相對于ADHB*1對飲酒during acute alcohol intoxication involve not only class I but者起保護作用2。also class I ADH and govern elimination rate of blood嗜酒者發(fā)生肝硬化后,ADH1、MEOS、過氧化氫酶ethanol[J]. Leg Med, 2003, 5(4): 202-211活性很低,但患者還能繼續(xù)飲酒,對其酒精代謝的解8] Svensson S, Stromberg P,HogJ0. A novel subtype of釋可能為肝細胞損傷后疏水性增加,激活ADH3。激Class I alcohol dehydrogenase in rodents[J].J Biol Chem活的ADH3有繼續(xù)代謝酒精的能力,使患者可以繼續(xù)1999,274:29712-29719過量飲酒3。[9] Lee SL, Chau GY, Yao CT, et al. Functional assessment ofhuman alcohol dehydrogenase family in ethanol metabolismADH3廣泛存在于生物體,屬多功能的看家酶,Significance of first-pass metabolism[ J]. Alc Clin Exp Res有廣泛的底物,在細胞代謝中發(fā)揮作用。當飲酒后,2006,301132-301142ADH3的其他功能受到抑制從而引起重要物質(zhì)代謝[101 Pischl G, Seitz HK. Alcohol and cancer[J. Alcohol發(fā)生紊亂。如ADH3是視黃醇代謝的關(guān)鍵酶,當孕婦Alcohol,2004,39:155-165黃醇為視黃酸的功能,從而影響胎兒神經(jīng)發(fā)育飲酒后乙醇隨血液循環(huán)進入胎兒,抑制ADH3氧化視11] Jelski W, Szmitkowski m. Alcohol dehydrogenase(ADH)and aldehyde dehydrogenase( ALDH )in the cancerdiseases[ J]. Clin Chim Acta, 2008, 395(1-2): 1-5參考文獻[12]Hashibe M, Boffetta P, Zaridze D, et al. Evidence for an[1 Zakhar S. Overview: how is alcohol metabolized by theportant role of alcohol and aldehyde metabolizing genes inbody? [J]. Alcohol Res Health, 2006, 29(4): 245-254cancers of the upper aerodigestive tract [J].Cancer[2] Agarwal D P. Genetic polymorphisms of alcohol metabolizingEpidemiol Biomarkers Prev, 2006, 15(4): 696-703enzymes[J]. Pathol Biol 2001, 49: 703-709[13] Takeshi Haseba, Youkichi Ohno. A new view of alcohol[3] Edenberg H J. The genetics of alcohol metabolism: role ofetabolism and alcoholism- role of the high-km Class IIalcohol dehydrogenase and aldehyde dehydrogenase variantsalcohol dehydrogenase( ADH3 )[J]. Int J Res Public[J]. Alcohol Res Health, 2007, 30(1): 5-13Health,2010,7:1076-1092[4 Neumark Y D, Friedlander Y, Durst R, et al. Alcohol[14]Molotkov A, Fan X, Deltour L, et al. Stimlation of retinoicdehydrogenase polymorphisms influence alcohol-eliminationacid production and growth by ubiquitously expressedrates in a male Jewish population[ J]. Alcohol Clin Exp Resalcohol dehydrogenase Adh3[J]. Proc Natl Acad Sci USA2004,2(1):10-l2002,99(8):53375342[5I Deltour L, Foglio M H, Duester G. Metabolic deficiencies in(收稿日期:2013-01-22)